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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Turbinengehäuse für einen Abgasturbolader mit einem Wastegateventil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem einen Abgasturbolader mit einem derartigen Turbinengehäuse sowie einen Einsatz für ein solches Turbinengehäuse.
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Üblicherweise werden bei Abgasturboladern Turbinengehäuse aus Guss oder Stahlguss eingesetzt. Eine Abwandlung hierzu bieten beispielsweise Turbinengehäuse aus Blech, die sich durch eine reduzierte Wandstärke im Vergleich zu den fertigungsbedingten (Mindest-)Wandstärken des Turbinengehäuses aus Guss auszeichnen. Üblicherweise besitzen moderne Abgasturbolader ein sogenanntes Wastegateventil, mittels welchem eine Turbine des Abgasturboladers umgangen und dadurch die Leistung desselben beeinflusst werden soll. Ein derartiges Wastegateventil besteht üblicherweise aus einem Ventilteller, der mittels einer Wastegatespindel durch das Turbinengehäuse geführt ist sowie einem Ventilsitz, der am Turbinengehäuse angeordnet ist. Um die Wastegatespindel am Turbinengehäuse lagern zu können, ist insbesondere bei Blech-Turbinengehäusen eine Lagerbuchse vorgesehen, deren Anbindung jedoch aufgrund der vergleichsweise geringen Wandstärken bei Blech-Turbinengehäuse zu Problemen führen kann. Bei einem Turbinengehäuse aus Guss bzw. Gussstahl ist eine Aufdickung dagegen deutlich leichter darstellbar. Bei der Anwendung einer Lagerbuchse zur Lagerung bzw. Durchführung der Wastegatespindel ist darüber hinaus darauf zu achten, dass sich durch externe Kräfte, beispielsweise durch den Abgasstrom oder durch den Aktuator zum Verstellen der Wastegatespindel keine Verformungen ergeben, die zu einer ungewollten Leckage im Betrieb des Abgasturboladers führen können. Aus diesem Grund ist die Lagerbuchse mit einem Blech-Turbinengehäuse oftmals verklemmt, verschweißt, verlötet oder auf eine sonstige Art und Weise gasdicht verbunden. Als indes schwierig kann sich jedoch hierbei die Positionierung der Lagerbuchse erweisen, da durch die relativ geringe Blechstärke des Blech-Turbinengehäuses eine Ausrichtung zum Ventilsitz des Wastegateventils nur schwer möglich ist.
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Aus der
DE 10 2004 039 477 A1 ist ein gattungsgemäßes Turbinengehäuse für einen Abgasturbolader bekannt, welches ein aus Blech gefertigtes, einflutiges Spiralgehäuse aufweist. Dieses Spiralgehäuse ist aus einem ersten und einem zweiten Teil zusammengesetzt, wobei die beiden Teile an einem radial äußeren Bereich des Spiralgehäuses miteinander verbunden sind. Der zweite Teil des Spiralgehäuses geht vom radial äußeren Bereich über einen radial mittleren Bereich in einen radial inneren Bereich über, wobei es an seinem radial inneren Bereich mit einem Auslassrohr verbunden ist.
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Aus der
EP 1 287 235 B1 ist eine Gehäuseanordnung für eine Turbine eines Abgasturboladers mit einem Spiralgehäuse bekannt. Die Gehäuseanordnung weist ein laschenähnliches Wandteil im Inneren des Spiralgehäuses, einen Einlassanschluss, einen Auslassanschluss sowie einen Flansch zur Verbindung des Spiralgehäuses mit einem Lagergehäuse auf. Der Auslassanschluss besitzt dabei eine Ausbauchung, welche den Laschenbereich des Spiralgehäuses abdeckt.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für ein Turbinengehäuse der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die insbesondere eine Anbindung einer Lagerbuchse und deren Ausrichtung zu einem Ventilsitz eines Wastegateventils, insbesondere bei einem Blech-Turbinengehäuse verbessern soll.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei der Verwendung von vergleichsweise leichten, insbesondere aus Blech ausgeführten Turbinengehäusen, einen Einsatz vorzusehen, der zugleich einen Ventilsitz für ein Wastegateventil und eine Lagerbuchse zum Lagern einer Wastegatespindel bereitstellt und dadurch die bisher bei Blech-Turbinengehäusen schwierige Ausrichtung dieser beiden Elemente zueinander entbehrlich macht. Der große Vorteil des erfindungsgemäßen Einsatzes ist somit, dass dieser sowohl den Ventilsitz als auch die zugehörige Lagerbuchse für die Wastegatespindel einteilig bzw. einstückig miteinander verbindet, sodass diese bereits vorausgerichtet mit dem Einsatz im Turbinengehäuse eingebaut werden können. Der Einsatz ist dabei derart ausgebildet, dass im eingebauten Zustand sein Ventilsitz die eine Öffnung und die Lagerbuchse die andere Öffnung im Turbinengehäuse überdeckt, sodass nach einem Einbauen des Einsatzes in das Turbinengehäuse unmittelbar mit der Montage der Wastegatespindel begonnen werden kann, an deren Ende ein zum Ventilsitz passender Ventilteller angeordnet ist. Das bisher hierfür aufwendige Ausrichten der Lagerbuchse relativ zum Ventilsitz kann entfallen, da diese beiden Komponenten vorausgerichtet bereits im Einsatz fixiert und in dieser Art und Weise im Turbinengehäuse eingebaut werden können. Durch die Zusammenfassung des Ventilsitzes und der Lagerbuchse im Einsatz ist auch eine qualitativ höchstwertige Bearbeitung derselben an einem separaten Ort möglich, und muss nicht erst beim Zusammenbau des Turbinengehäuses bewerkstelligt werden. Darüber hinaus wird auch ein Verkippen der Lagerbuchse durch die nur relativ kleine Anbindung im Blechgehäuse (und damit eine mögliche Leckage) auf ein Minimum reduziert. Durch den Einsatz können darüber hinaus die Anlageflächen zum Blechturbinengehäuse erhöht werden, wodurch insbesondere Spannungsspitzen reduziert werden können. Selbstverständlich ist der Einsatz auch bei Turbinengehäusen aus Aluminiumguss einsetzbar.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist der Einsatz als Blechformteil ausgebildet. Die Herstellung eines derartigen als Blechformteil ausgebildeten Einsatzes ist somit einerseits qualitativ hochwertig und andererseits kostengünstig möglich, was erhebliche Vorteile hinsichtlich der Fertigung bzw. Fertigungskosten bringt.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist der Einsatz dicht mit dem Turbinengehäuse verbunden, insbesondere über Schrauben, verlötet, verschweißt oder verklebt. Durch den Einsatz ist dabei eine deutlich größere Anlagefläche zum Turbinengehäuse gegeben, wodurch auch eine langfristig dichte Verbindung durch Reduzierung von Spannungsspitzen gewährleistet werden kann.
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Zweckmäßig ist der Einsatz als Blechformwinkel ausgebildet und trägt an seinem ersten Schenkel den Ventilsitz und an seinem zweiten Schenkel die Lagerbuchse. Die Lagerbuchse bzw. der Ventilsitz können dabei wahlweise einstückig mit dem Einsatz ausgebildet sein oder aber als separates Bauteil ausgebildet und erst später mit dem Einsatz verbunden, insbesondere verlötet, verpresst, verschweißt oder verschraubt werden. Unabhängig von der gewählten Ausführungsform des Einsatzes bzw. der einteiligen bzw. einstückigen Ausführungsform kann dabei eine Vorfertigung und damit auch ein Vorausrichten der Lagerbuchse relativ zum Ventilsitz erfolgen, wodurch dieser vergleichsweise aufwendige Justiervorgang beim Zusammenbau des Turbinengehäuses und damit auch beim Zusammenbau des Abgasturboladers entfallen kann. Ist die Lagerbuchse bzw. der Ventilsitz beispielsweise einstückig mit dem Einsatz ausgebildet, so ist denkbar, dass diese durch entsprechende Umformvorgänge aus dem Blechformteil geformt werden können. Selbstverständlich ist dabei auch denkbar, dass ein derartiger Ventilsitz bzw. eine derartige Lagerbuchse in einem zweiten Fertigungsschritt noch nachbzw. fertig bearbeitet werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung weist die Lagerbuchse an ihrer Außenseite ein Außengewinde auf, über welches der Einsatz mittels einer Mutter mit dem Turbinengehäuse verschraubbar ist. Zwischen der Mutter und dem insbesondere aus Blech ausgebildeten Turbinengehäuse ist in diesem Fall vorteilhafter Weise eine Dichtung eingelegt, welche eine gasdichte Verbindung des Einsatzes mit dem Turbinengehäuse ermöglicht. Ein derart am Turbinengehäuse befestigter Einsatz bietet darüber hinaus die Möglichkeit einer leichten Demontage, wodurch insbesondere die Wartungsfreundlichkeit des erfindungsgemäßen Abgasturboladers bzw. des erfindungsgemäßen Turbinengehäuses gesteigert werden kann.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch
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1 eine Schnittdarstellung durch ein erfindungsgemäßes Turbinengehäuse im Bereich eines erfindungsgemäßen Einsatzes.
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2 eine Darstellung wie in 1, jedoch bei einer anderen Ausführungsform,
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3 eine Darstellung wie in 1, jedoch mit einem mit dem Turbinengehäuse verschraubten Einsatz,
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4 eine Detailansicht auf eine mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Einsatzes,
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5 eine Darstellung wie in 4, jedoch mit Wastegatespindel und Ventilteller.
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Entsprechend den 1 bis 3 weist ein erfindungsgemäßes Turbinengehäuse 1 für einen Abgasturbolader 2 ein Wastegateventil 3 auf (vergleiche 5) sowie zwei Öffnungen 4 und 5, wovon die eine Öffnung 5 zum Durchführen einer Lagerbuchse einer Wastegatespindel 6 eines erfindungsgemäßen Einsatzes 8 (vergleiche wiederum 5) und die andere Öffnung 4 als Eingang zu einem Bypasskanal 7 ausgebildet ist. Erfindungsgemäß ist nun ein Einsatz 8 (vergleiche die 1 bis 5) vorgesehen, welcher einen Ventilsitz 9 für das Wastegateventil 3 und eine Lagerbuchse 10 zum Lagern der Wastegatespindel 6 aufweist, wobei an dem Ende der Wastegatespindel 6 ein zum Ventilsitz 9 passender Ventilteller 11 (vergleiche 5) angeordnet ist. Mit dem Ventilteller 11 lässt sich der Ventilsitz 9 dicht abdecken und damit das Wastegateventil 3 verschließen. Zusätzlich ist der erfindungsgemäße Einsatz 8 derart ausgebildet, dass im eingebauten Zustand sein Ventilsitz 9 die eine Öffnung 4 und die Lagerbuchse 10 die andere Öffnung 5 überdeckt bzw. durch diese hindurchgreift. Mit dem erfindungsgemäßen Einsatz 8, der sowohl den Ventilsitz 9 als auch die Lagerbuchse 10 in sich aufnimmt, ist insbesondere ein schwieriges Ausrichten einer separaten und beim Zusammenbau des Abgasturboladers 2 in das Turbinengehäuse 1 eingesetzten Lagerbuchse entbehrlich, da die Vorausrichtung der Lagerbuchse 10 relativ zum Ventilsitz 9 bereits bei der separaten Herstellung des Einsatzes 8 erfolgt.
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Das Turbinengehäuse 1 ist dabei vorzugsweise aus Blech, insbesondere sogar aus mehreren Blechteilen ausgebildet bzw. zusammengesetzt, wobei selbstverständlich auch eine Ausführungsform als Gussteil denkbar ist.
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Der Einsatz 8 selbst ist als Blechteil ausgebildet und dicht mit dem Turbinengehäuse 1 verbunden, insbesondere verschraubt (vergleiche 3), verlötet, verschweißt oder verklebt. Generell in den dargestellten Figuren der Einsatz 8 als Blechformwinkel ausgebildet und trägt an seinem ersten Schenkel 12 den Ventilsitz 9 und an seinem zweiten Schenkel 13 die Lagerbuchse 10. In den gezeigten Figuren sind dabei sowohl die Lagerbuchse 10 als auch der Ventilsitz 9 einstückig mit dem Einsatz 8 ausgebildet, können alternativ jedoch auch beispielsweise in einem sich an die Herstellung des Einsatzes 8 anschließenden Nachbearbeitungsschritt noch fertig bearbeitet werden. Alternativ ist es auch denkbar, dass die Lagerbuchse 10 und/oder der Ventilsitz 9 als separate Bauteile (keine Blechteile) ausgebildet und anschließend mit dem Einsatz 8 verbunden, insbesondere verlötet, verpresst, verschraubt oder verschweißt werden.
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Betrachtet man beispielsweise die 3, so kann man an dieser erkennen, dass die Lagerbuchse 10 an ihrer Außenseite ein Außengewinde 14 aufweist, über welches es mittels einer Mutter 15 mit dem Turbinengehäuse 1 verschraubbar ist. Um dabei die Öffnung 5 gasdicht abdichten zu können, ist zwischen der Mutter 15 und dem Turbinengehäuse 1 eine Dichtung 16 angeordnet. Diese kann selbstverständlich bei einem Verschweißen oder Verlöten oder Verkleben entfallen.
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Vorzugsweise weist der Einsatz 8 eine größere Wandstärke und/oder eine höhere Festigkeit als das Blechteil das Turbinengehäuses 1 auf, wodurch insbesondere ein optimales Ausrichten der Lagerbuchse 10 relativ zum Ventilsitz 9 damit ein zuverlässiges Schließen des Wastegateventils 3 auch langfristig gewährleistet werden kann.
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Zur Montage des Einsatzes 8 im Turbinengehäuse 1 gibt es prinzipiell mehrere Möglichkeiten. Bei einer ersten Alternative wird der Einsatz 8 zunächst in das Turbinengehäuse 1 eingesetzt und mit seiner Lagerbuchse 10 durch die zugehörige Öffnung 5 im Turbinengehäuse 1 nach außen gesteckt. Anschließend werden beide Schenkel 12, 13 nacheinander oder zeitgleich mit dem Turbinengehäuse 1 verbunden, beispielsweise verlötet oder verschweißt. Betrachtet man die Ausführungsform gemäß der 3 ist auch eine Schraubverbindung mit entsprechender Dichtung 16 denkbar.
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Eine alternative Möglichkeit des Einbaus des Einsatzes 8 in das Turbinengehäuse 1 besteht darin, den Einsatz 8 entweder mit oder ohne eingelegter Wastegatespindel 6 durch die Öffnung 5 im Turbinengehäuse 1 einzuführen. Hierzu wäre es beispielsweise hilfreich, ein zusätzliches (größeres) Blechelement 17 (vergleiche 2) über die Öffnung 5 zu schieben und gasdicht zu verbinden, da diese vergrößerte Anlagefläche die Öffnung 5 im Turbinengehäuse 1 vollständig überdecken muss und als Nebeneffekt Steifigkeit der Lagerbuchse 10 erhöhen kann. Das Blechelement 17 wird dabei nicht nur gasdicht mit dem Turbinengehäuse 1, sondern zugleich auch gasdicht mit dem Einsatz 8 verbunden. Das Blechelement 17 wird benötigt, um den Einsatz 8 von außen montieren zu können, da sonst die Anschlussgeometrie zwischen Turbinengehäuse 1 und Einsatz 8 beim Schweißen einen Stoßstumpf aufweisen würde. Auch wäre es denkbar, den Einsatz 8 zusammen mit der Wastegatespindel 6 als Baugruppe einzufügen.
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In einer weiteren alternativen Ausführungsform ist es denkbar, ein Außengewinde 14 an der Lagerbuchse 10 vorzusehen und diese mit diesem Außengewinde 14 durch die Öffnung 5 des Turbinengehäuses 1 zu stecken. Anschließend wird der Einsatz 8 durch Aufdrehen der Mutter 15 unter Zwischenfügen der Dichtung 16 gasdicht mit dem Turbinengehäuse 1 verschraubt.
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Die vorliegende Erfindung ermöglicht somit einen deutlich vereinfachten aber dennoch hochgenauen Zusammenbau eines Turbinengehäuses 1, insbesondere im justierkritischen Bereich der Lagerbuchse 10 und des zugehörigen Ventilsitzes 9. Diese bislang separaten Bauteile mussten bislang aufwendig zueinander ausgerichtet werden, um ein zuverlässiges Schließen des Wastegateventils 3 gewährleisten zu können. Durch die Kombination der Lagerbuchse 10 und des Ventilsitzes 9 im Einsatz 8 kann dieser als vorgefertigtes und auch vorausgerichtetes Bauteil produziert und im vorausgerichteten Zustand in das Turbinengehäuse 1 eingebaut werden, wodurch der aufwendige Justiervorgang vollkommen entfällt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004039477 A1 [0003]
- EP 1287235 B1 [0004]
